300MW锅炉冷态空气动力场试验研究.docx
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300MW锅炉冷态空气动力场试验研究
300MW锅炉冷态空气动力场试验研究
周立文
（韶关发电厂，广东韶关512132）
摘要:
韶关发电厂10号机组锅炉是东方锅炉（集团）股份有限公司引进美国福斯特·惠勒能源公司（ＦＷＥＣ）技术设计制造的300ＭＷW型火焰锅炉,采用双旋风筒煤粉浓缩型燃烧器。
本文论述了W型火焰锅炉的特点，通过现场试验，对炉内空气动力场特性进行了研究。
关键词:
Ｗ型火焰锅炉；冷态；空气动力场
TestsandResearchesonColdModelAerodynamicFieldforUnit10inShaoguanPowerPlant
Abstract:
The300MWW-shapeflameboilerforUnit10inShaoguanPowerPlantismadebyDongfangBoilerGroupCo.,LtdbasedonthetechnologyofFWEC,U.S,whichadoptstwin-cycloneenrichedpulverizedcoalburners.Thispaperdescribesthestructurefeature,anddeterminestheaerodynamiccharacteristicsofthefurnacebymeansoffieldtests.
Keywords:
Ｗ-shapeflameboiler；coldmodel；aerodynamicfield
0前言
韶关发电厂10号机组锅炉是东方锅炉（集团）股份有限公司引进美国福斯特·惠勒能源公司（ＦＷＥＣ）技术设计制造的300ＭＷW型火焰锅炉。
#10炉从2006年7月17日～8月16日进行了B级检修，更换了全部燃烧器喷口的内套筒和均分器；更换了5个一次风可调节缩孔，检查修复了一次风可调节缩孔及二次风量调节挡板等设备；校对二次风量调节挡板。
为了掌握该炉的冷态空气动力场特性，给运行燃烧调整作依据，于2006年8月8日完成了#10炉冷态一次风速调平试验和炉内烟花试验，并达到了预期的效果。
1设备简介
1.1结构简介
韶关电厂#10炉是由东方锅炉厂设计制造、燃用无烟煤的“W”型火焰锅炉，其设计制造技术从美国福斯特·惠勒能源公司引进。
锅炉型号为DG1025/18.2-Ⅱ10，与300MW的汽轮机配套运行。
锅炉型式是亚临界压力、一次中间再热的自然循环锅炉。
该锅炉采用双拱型、单炉膛，燃烧器布置于下炉膛的前后拱上、呈“W”型火焰，尾部双烟道结构，采用烟气挡板调节再热蒸汽温度，全钢构架、全悬吊结构、平衡通风、固态排渣的煤粉炉，配有静电除尘器。
1.2特点及原理
本锅炉燃烧系统采用分级送风的双拱绝热炉膛，拱型炉膛由下炉膛前后墙水冷壁向炉外弯曲而成，24个旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器分别错列布置在前后拱上。
从预热器来的二次风经锅炉两侧风道送入前后墙大风箱，安装在拱上的燃烧器则穿过大风箱，大风箱被分成若干个单元，每个燃烧器为一单元。
风箱每一燃烧器单元均布置有6个二次风道及挡板，其中A﹑B﹑C挡扳上控制拱上的部分二次风，D﹑E﹑F挡扳则控制拱下部（前后墙）二次风量。
拱上部分二次风占二次风总风量的30－35％。
该部分风的主要作用是调节煤粉气流的刚性，还可冷却设备，如燃烧器喷嘴、火检、油枪等。
A挡板控制的是燃烧器乏气喷口环形二次风及主火检安装孔的风量；B挡板调节燃烧器主燃料喷口环形二次风的风量，可调节煤粉气流和穿透能力、火焰行程，冷却煤粉喷口；C挡板控制点火油枪及其火检设备风口的风量，当投煤时C挡板关闭，但仍留有不低于5％的开度，向油枪及火检设备提供必需的冷却风。
除部分二次风从拱上进入炉膛满足冷却和燃烧所需外，其余二次风（约占二次风总量的60－65％）从前后墙沿高度方向分级送入炉膛。
前后墙二次风分成三部分，由D﹑E﹑F挡板分别控制，D、E、F的进风量呈阶梯形，其中D挡板主要控制着火点，进风量最小；E挡板控制火焰形状；F挡板则提供燃烧所需的大部分用风，进风量最大（约为前后墙风量的60—65%）。
燃烧系统采用双旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器，进入燃烧器的一次风粉混合物通过旋风筒的分离作用，可将一次风分离成浓淡两部分，可提高主燃料喷口的煤粉浓度，有利于低挥发分燃料的着火。
该燃烧器还布置有乏气挡板和消旋叶片，可根据煤质的不同，调整乏气挡板及消旋叶片的位置，以获得最佳的燃烧效果。
当挥发分较低时，可开大乏气挡板，提高喷嘴出口煤粉浓度，并降低出口一次风速；将消旋叶片下放，延长火焰行程，增加煤粉在炉内的停留时间，提高燃烬度。
锅炉配有四套正压直吹式制粉系统，每套制粉系统由一台D—11D型双进双出钢球磨煤机和两台称重式给煤机组成。
双进双出钢球磨煤机由福斯特·惠勒能源公司生产，每台磨两端各有3根一次风管与双旋风式燃烧器相连。
配有两台50%容量的单吸、离心式一次风机，提供磨煤机所需热风、冷风、密封风以及辅助风。
双进双出钢球磨的特点是对煤种的适应性强，能磨制硬煤及磨损性高的煤，维修工作量小，利用率高，出力稳定且煤粉细度高，特别是在低负荷时煤粉更细对稳定燃烧有利，能适应大幅度负荷变化，可单侧运行，也可双侧运行。
燃烧器设计计算数据如表1所示。
表1燃烧器设计计算数据
项目
单位
数值
燃烧器一次风阻力
2516
燃烧器二次风阻力
730
一次风管尺寸
一次风主喷口尺寸
一次风乏气喷口尺寸
2试验及结果分析
2.1试验方法
通过锅炉冷态空气动力场试验，检查校对二次风量调节挡板；检查锅炉的烟风系统是否正常；调平各一次风管的风量和风速；通过录像烟花火焰示踪,直观地观察炉内气流的分布、扩散、扰动、混合等现象是否良好，判断炉膛空气动力场是否正常，以帮助分析锅炉燃烧器及各风管道设计、安装、配风等可能出现的一些问题，从而为热态运行操作和燃烧调整提供参考依据。
2.2二次风可调节挡板检查校对图1大风箱及燃烧器结构示意图
锅炉燃烧所需的二次风全部来自大风箱。
从空预器出来的二次风经锅炉两侧风道送入前后墙大风箱，分别从拱上和拱下的风口进入炉膛。
大风箱用隔板分成若干单元，每个燃烧器为一个单元，每一单元布置6组二次风及其挡板，分别由A、B、C、D、E、F等6个挡板控制。
其中A、B、C挡板控制拱上部分二次风量，D、E、F挡板控制拱下部分二次风量（见图1）。
在实际运行过程中，往往需要根据煤种的不同，对二次风系统的挡板开度进行优化试验。
所以，检查校对二次风可调节挡板尤为重要。
分别进行了A、B、D、E、F二次风挡板设定开度的检查校对，检查表明，除部分A挡板开度内外不一致外，其余二次风挡板特性良好。
2.3一次风管风速的调平
启动空气预热器、引风机、送风机和一次风机，维持炉膛负压-20Pa，首先进行非标准靠背管标定，在B磨的B3一次风管，负荷调节挡板开度调整至60％，快关挡板全开，一次风压分别为6.0KPa、8.0KPa时，用标准靠背管和非标准靠背管、微压计分别测量标定位置的动压值，根据公式计算出出口风速和一次风测速管的修正系数。
测量结果见表2，结果表明，6根非标准靠背管修正系数在1.02～1.09，之间，说明靠背管的制作和安装良好，可以作为一次风速调平风速测量。
表2非标准靠背管修正系数测量结果
一次
风压
项目
单位
测量数据及计算结果
6KPa
标准靠背管动压值
mmH2O
26.4
标准靠背管编号
——
＃1
＃2
＃3
＃4
＃5
＃6
非标准靠背管动压值
mmH2O
22
24
22
23
23
24
非标准靠背管修正系数
——
1.1
1.05
1.1
1.07
1.07
1.03
8KPa
标准靠背管动压值
mmH2O
34
标准靠背管编号
——
＃1
＃2
＃3
＃4
＃5
＃6
非标准靠背管动压值
mmH2O
31
34
34
28
33
33
非标准靠背管修正系数
——
1.05
1.0
1.0
1.1
1.02
1.02
修正系数平均值
——
1.07
1.02
1.05
1.09
1.04
1.03
负荷挡板开度调整至60％，分别进行A、B、C、D磨煤机出口一次风管风速的调平。
一次风压分别维持7.0KPa、8.0KPa、9.0KPa，用以上标定过的靠背管和微压计测量每台磨煤机出口的一次风管的风速，对一次风管风速偏离平均风速较大的，调整其缩孔开度，直到每台磨煤机出口的六根一次风管风速偏差值小于5%时，这台磨煤机出口的六根一次风管风速调平完成，一次风速调平前后的测量数据及计算结果见表3、4。
表3＃10炉冷态一次风速调平前试验数据表
项目
单位
＃1
＃2
＃3
＃4
＃5
＃6
平均速度
磨煤机出口温度
℃
25.5
25.5
25.5
25.5
25.5
25.5
——
A
磨
测量动压值
mmH2O
30
32
28
36
38
48
——
管内风速
m/s
18.1
17.8
17.1
20.1
19.8
22
19.14
偏差值
%
-5.63
-6.8
-10.8
4.86
3.42
15
——
B
磨
测量动压值
mmH2O
30
38
31
61
41
46
——
管内风速
m/s
18.1
19.4
18
26.1
20.6
21
20.62
偏差值
%
-12.4
-5.71
-12.9
26.7
-0.26
4.51
——
C
磨
测量动压值
mmH2O
52
47
46
71
58
61
——
管内风速
m/s
23.8
21.6
21.9
28.2
24.5
24.8
24.12
偏差值
%
-1.41
-10.4
-9.3
16.9
1.39
2.85
——
D
磨
测量动压值
mmH2O
42
35
32
33
36
45
——
管内风速
m/s
21.3
18.6
18.3
19.3
19.2
21.3
19.66
偏差值
%
8.58
-5.51
-7
-1.96
-2.3
8.2
——
表4＃10炉冷态一次风速调平后试验数据表
项目
一次风压7kPa
一次风压8kPa
一次风压9kPa
动压值
风速
偏差率
动压值
风速
偏差率
动压值
风速
偏差率
mmH2O
m/s
%
mmH2O
m/s
%
mmH2O
m/s
%
A
磨
＃1管
25
16.5
－4.61
30
18.1
－3.29
32
18.7
－6.64
＃2管
28
16.7
－3.47
32
17.8
－4.5
38
19.4
－2.72
＃3管
25
16.1
－6.71
30
17.7
－5.42
34
18.8
－5.89
＃4管
29
18
4.21
33
19.4
4.12
39
20.9
4.54
＃5管
31
17.9
3.43
36
19.3
3.16
41
20.6
2.9
＃6管
34
18.5
7.15
38.8
19.8
5.93
46
21.5
7.81
B
磨
＃1管
26
16.8
－10.4
38
20.3
－2.87
38
20.3
－5.39
＃2管
32
17.8
－5.42
40
19.9
－4.71
42
20.4
－4.89
＃3管
30
17.7
－6.34
38
19.9
－5.01
38
19.9
－7.48
＃4管
41
21.4
13.56
46
22.7
8.39
56
25
16.49
＃5管
31
17.9
－5.2
39
20.1
－4.18
41
20.6
－4.31
＃6管
46
21.5
14.23
51
22.7
8.38
51
22.7
5.57
续表4＃10炉冷态一次风调平后试验数据表
项目
一次风压7kPa
一次风压8kPa
一次风压9kPa
动压值
风速
偏差率
动压值
风速
偏差率
动压值
风速
偏差率
mmH2O
m/s
%
mmH2O
m/s
%
mmH2O
m/s
%
C
磨
＃1管
48
22.9
2.96
56
24.7
1.82
60
25.5
1.42
＃2管
42
20.4
－7.91
50
22.3
－8.01
55
23.4
－7.15
＃3管
42
20.9
－5.82
50
22.8
－5.91
55
23.9
－5.04
＃4管
46
22.7
2.23
53
24.4
0.47
56
25
－0.62
＃5管
54
23.6
6.33
63
25.5
5.16
68
26.5
5.13
＃6管
51
22.7
2.22
66
25.8
6.47
71
26.8
6.26
D
磨
＃1管
24
16.2
－8.82
30
18.1
－4.36
33
18.9
－7.22
＃2管
32
17.8
0.67
35
18.7
－1.22
42
20.4
0.08
＃3管
28
17.1
－3.69
32
18.2
－3.4
38
19.9
－2.64
＃4管
29
18
1.66
34
19.5
3.27
39
20.9
2.3
＃5管
33
18.4
4.11
36
19.3
2.02
43
21.1
3.12
＃6管
35
18.8
6.06
38
19.6
3.68
45
21.3
4.35
从试验结果看，A磨#3管风速偏低，偏差率-5.42~-6.71,#6管风速偏高，偏差率5.93％～7.81％，其余各风管风速较均匀，偏差率合格为61％。
由于B1、B4、B6一次风缩孔存在缺陷，不能满足调节要求，B磨在一次风7KPa时，一次风速偏差率全部不合格，三个工况偏差率合格仅为28％。
由于C2、C3、C5、C6一次风缩孔存在缺陷，不能满足调节要求，C磨三个工况一次风速偏差率合格仅为33.3％。
D磨#1管风速偏低，偏差率-7.22～－8.82％,＃6管风速偏高，偏差率6.06％，其余各风管风速较均匀,一次风速偏差率合格为83.3％。
A、B、C、D磨冷态一次风量偏差率合格（正负偏差小于5％为合格）分别为61％、28％、33.3％和83.3％，偏差率不合格的一次风缩孔开度已经全开或全关，或存在缺陷没法调整。
总体来说，B、C磨一次风缩孔存在缺陷较多，不能满足调节要求，是冷态一次风速偏差率合格偏低的主要原因。
2.4烟花试验工况
在取得有关标定数据的基础上，进行炉内冷态空气动力场烟花试验。
启动引、送风机，调节各风机的档板、各二次风门档板；各工况的一次风管风速调整至30m/s，调节进入炉膛的风速模拟热态满负荷工况，按额定工况进行炉内空气动力场试验，采用烟花形式实际加以观察，并进行摄像和拍照。
表5烟花施放顺序及挡板的设置
工况
燃烧器
A挡板
B挡板
D挡板
E挡板
F挡板
消旋杆开度
乏气档板开度
开度
开度
开度
开度
开度
工况一
C1燃烧器
10
10
10
15
30
6
50
B1燃烧器
10
10
10
15
30
6
50
工况二
D1燃烧器
10
15
15
20
30
6
70
A1燃烧器
10
15
15
20
30
6
50
工况三
C2燃烧器
10
20
20
25
30
6
30
B2燃烧器
10
20
20
25
30
6
30
工况四
D2燃烧器
10
20
25
35
40
6
50
A2燃烧器
10
20
25
35
40
6
50
工况五
C3燃烧器
10
15
20
25
50
10
40
B3燃烧器
10
15
20
25
50
10
40
由于二次风箱积灰严重和制粉系统积粉较多，炉膛吹扫时间短等原因，炉内灰尘多，能见度极低，给摄像和拍照带来了一定困难，摄像对光线要求相对较低，摄像效果比相片稍好一些。
所以烟花气流轨迹分析是根据相片和摄像资料进行分析。
图2、工况一烟花图片
第一工况为C1、B1燃烧器，设定一次风管速度为30m/s，乏气挡板为50％，相应煤种为差煤。
从相片的烟花气流轨迹看，气流没有飞边刷墙的现象，前后墙气流不对称，由于E、F挡板开度过小，气流下托作用力不够，使主气流下冲。
见图2。
图3、工况二烟花图片
第二工况为D1、A1燃烧器，设定一次风管速度为30m/s，乏气挡板D1为70％，A1为50％，相应煤种为差煤。
从相片的烟花气流轨迹看，气流没有飞边刷墙的现象，前后墙气流不对称，前墙因乏气挡板相对大，乏气气流压向主气流，使主气流偏向前墙，前主气流射程比后墙短。
见图3。
图4、工况三烟花图片
第三工况为C2、B2燃烧器，设定一次风管速度为30m/s，乏气挡板为30％，B、D、E挡板开度比工况一增大10％，相应煤种为设计煤种。
从相片的烟花气流轨迹看，气流没有飞边刷墙的现象，火焰末端在中心汇合。
见图4。
图5、工况四烟花图片
第四工况为D2、A2燃烧器，设定一次风管速度为30m/s，乏气挡板50％，E、F挡板开度比工况三增大10％，相应煤种为好煤。
从相片的烟花气流轨迹看，前后墙气流射程较短，由于E挡板开度过大，使气流过早汇合。
见图5。
图6、工况五烟花图片
第五工况为C3、B3燃烧器，设定一次风管速度为30m/s，乏气挡板为40％，E挡板比四工况关小10％，F比四工况开大10％，相应设计煤种为好煤。
从相片的烟花气流轨迹看，气流没有飞边刷墙的现象，这组烟花火焰对称性好，汇合正中。
见图6。
3结论和建议
1）＃10炉二次风挡板除部分A挡板开度内外不一致外，其余挡板特性良好，运行调整时可参考检查校对结果。
2）A、B、C、D磨冷态一次风量偏差率合格（正负偏差小于5％为合格）分别为61％、28％、33.3％和83.3％，偏差率不合格的一次风缩孔开度已经全开或全关，或存在缺陷没法调整。
总体来说，B、C磨一次风缩孔存在缺陷较多，不能满足调节要求，是冷态一次风速偏差率合格偏低的主要原因。
建议有机会更换或修复B1、B4、B6、C2、C3、C5、C6一次风缩孔。
3）热态二次风挡板调整时，可参考烟花试验工况三和五。
4参考文献
【1】GB10184－88，《电站锅炉性能试验规程》。
【2】韶关电厂10锅炉运行情况及参数，设备制造厂家和电力设计院的技术资料。
作者简介：
周立文，男，工程师，主要从事发电厂运行管理工作，运行部副部长。
通讯地址：
广东省韶关市曲江区乌石镇韶关发电厂运行部512132
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